BIM在大型铁路与地铁综合交通枢纽中的应用赏析
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一、施工难点
1、本工程体量大,工期管理难度较大,施工任务重,疫情防控形势严峻,增加工程进度压力。2、项目建设要求高,综合协调及管理各分包单位难度大,难以保证现场施工效率。3、基于信息化、BIM技术,对关键技术的攻关难度大,本项目需推广新技术、新材料、新工艺、新设备,将技术创新成果转化为生产力。4、钢结构总用钢量大,施工穿插管理难度高。
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二、基于BIM的智能建造技术应用
1、BIM技术的应用
(1)BIM的基础应用
BIM可具体应用于模型建立、图纸会审、场地布置、方案交底、进度管理、砌体排布、深化设计、管线综合中。BIM模型最大的特点是将工程项目所有信息集成在完整模型中,并能很好地兼容其他软件系统,为工程建设提供数据支撑和信息保障。在项目设计阶段可进行模型建立、深化设计、管线综合,在招投标阶段可统计工程量,在施工阶段可进行场地布置、进度管理、砌体排布、方案交底等,在建筑全生命期中,BIM可发挥作用以提高施工效率。
(2)基于BIM的施工深化设计应用
利用BIM的信息集成、可视化特点,可直接对项目进行三维深化设计,通过基于BIM的深化设计后,大大降低专业间模型设计的交错碰撞,同时可利用BIM模型开展各专业施工方案、施工顺序讨论,以便直观、清晰地发现施工中可能产生的问题,并提前解决,从而大量减少施工过程中的纠纷、误差,为数字化加工、数字建造打下基础。BIM深化应用如图1所示。
图1 BIM深化应用
(3)基于BIM的混凝土结构深化设计
混凝土结构深化设计包括完成混凝土结构所需的模板、钢筋及脚手架工作,直接利用BIM进行三维深化,本项目存在异形混凝土结构,首先确保模板排架定位准确、搭设规范,因此在设计模型基础上需充分利用BIM的信息功能,可很好地表现异形构件的几何属性特点,且基于BIM的模板定制排布,能精准出具模板定位和加工图,保证模板深化设计精度与结构设计精度高度匹配。
在混凝土结构脚手架搭设方案中,建立脚手架三维BIM模型,利用BIM软件验算功能,验证脚手架搭设的可靠性,通过脚手架漫游了解其布置的合理性,最终保证脚手架深化结果达到最优。
针对钢筋工程三维节点深化,选取钢筋节点复杂、排布紧密的区域,建立钢筋BIM模型,明确钢筋具体走向、位置,从模型角度不发生碰撞,并依照深化模型出具钢筋下料图,提出钢筋加工精度标准,保证钢筋加工质量、安装效果。钢结构节点深化设计如图2所示。
图2 钢结构节点深化设计
(4)基于BIM的机电深化设计本项目机电系统种类繁多,强弱电、给排水、通风空调、铁路四电等20多个系统汇聚其中,因此直接基于各专业机电模型进行机电深化设计,将机电BIM模型通过链接和中心模型集成等形式,对机电BIM模型内管线、桥架、风管进行精准切分,对机电设备末端依照产品采购外形尺寸,建立LOD500级别的BIM模型,优化连接头位置,减少非标尺寸,便于机电预制化加工。
在BIM模型中深化机电管线附属支吊架,定义管线支吊架位置、连接形式、具体尺寸,利用 BIM力学计算功能进行深化校核,保证机电深化支吊架安全可靠,同时与建筑、结构模型链接,提前做好基于BIM模型的预留孔洞自动化设计,避免二维设计导致的错开、漏开及二次堵洞弊病,确保设计质量。
(5)基于BIM的钢结构工程深化设计钢结构组成复杂,按照主体结构类型,钢结构主要涉及钢管混凝土柱钢管、型钢混凝土梁的型钢、钢结构体系结构、东西站房基础转换梁。主体结构主要跨度为20.5,21.5m,钢结构整体深化设计和加工难度大,因此采用BIM对钢结构进行深化设计,包括钢结构节点形式、吊装位置、吊装措施等,可避免传统二维钢结构深化对复杂节点表达不直观、钢结构加工精度误差的现象发生,提高整体钢结构深化设计水平,为钢结构自动化加工和现场拼装质量打下基础。
2、BIM+技术的应用
智能建造中BIM是基础,其他技术的实现要以BIM做支撑。本项目结合BIM与物联网技术、虚拟现实技术、5G技术、三维扫描技术、无人机技术、放样机器人技术等智能化技术,大大提高智慧工地的数字化、模型化、信息化应用。
(1)BIM+物联网技术BIM与物联网集成应用实现建造各环节的信息流闭环,有机结合虚拟数字化管理与现实硬件。应用BIM和IoT技术进行现场施工检测、材料质量和物资设备管理,应用监控器、传感器及RFID技术实现现场施工数据的采集,采用RFID技术对材料进行编码,实现智能化管理。
(2)BIM+虚拟现实技术BIM结合虚拟现实集成应用,辅助项目生产成本管控。通过结合BIM和虚拟现实技术,施工前进行虚拟场景、施工成本、施工进度、复杂局部施工方案的模拟及交互式场景漫游,通过模拟工程整个建造过程,施工前即可确定施工方案的可行性及合理性,减少或避免设计中存在的大多数错误,生成相应的采购方案和财务费用,高效改进施工方案。
(3)BIM+5G技术基于BIM+5G全业务数字化管理模式应用,通过搭建5G基站,采用基于5G技术的BIM+智慧工地管理平台,进行项目整体智慧建造协同管理,利用5G技术的高速率与低时延特性,以BIM模型为基础,通过物联网技术关联模型与现场,实现基于BIM模型的全业务数字化管理模式。
(4)BIM+三维扫描技术在工程结构封顶、机电安装、精装修阶段,挑选重点区域应用三维激光技术,在机电安装阶段全方位精细测量梁、板、柱等位置,将建筑体1∶1三维点云模型导入BIM模型,进行施工质量检测、点云模型、BIM模型碰撞检测,对比阶段性施工误差,提高测量复核工作效率及准确性,提高施工过程的精细化管理能力,同时为数据分析、数据处理工作提供准确依据。BIM+三维扫描应用如图3所示。
图3 BIM+三维扫描应用
(5)BIM+无人机技术通过全景航拍巡检技术记录和监控施工现场全局,辅助场地策划、管理,实现安全隐患巡检与排查。将BIM模型与倾斜摄影逆向重构地形模型,开展土方平衡、调整三维场布模型动态,进行进度检查、安全隐患排查等应用。BIM+无人机应用如图4所示。
图4 BIM+无人机应用
(6)BIM+放线机器人施工中利用BIM与智能机器人集成应用,通过整合软件、硬件,将BIM模型通过平板电脑带至现场,直接利用模型中的三维空间坐标数据驱动智能型全站仪进行点放样,同时使用360°棱镜反向获取点的空间坐标,可大幅改变原始现场采用拉尺放线和输入坐标的方式。二者集成应用,对比现场测绘所得的建造结构信息与模型数据,核对施工环境与BIM模型间的偏差,为机电、精装、幕墙等专业深化设计提供依据。
3、BIM技术全生命周期钢结构平台
本项目钢结构总用钢量大,施工穿插管理难度大,利用BIM开发基于BIM+GIS的钢结构全生命周期管理平台。该平台架构以主数据的核心,通过网页交互端、移动 APP 端,利用数据接口自动抓取钢结构专业分包ERP系统信息,集成现有各信息化系统数据。
平台依托每根构件模型,实现设计信息、加工信息、施工信息的全部阶段集成,能够以阶段信息驱动BIM模型显示,信息关联到模型外,还有数据分析功能,能让信息驱动BIM模型显示或隐藏,让分析结果一目了然,达到智慧管理与决策的目的。
利用移动端APP作为前端操作入口,同步网页在轻量化平台上查看钢结构节点BIM模型,开展环节业务卡控和信息的添加,与生产管理无缝融合,进行深化、更新、维护,并管理、协调、整合专业承包单位的BIM工作。通过智能建造自动分析、控制联动技术,结合智慧工地综合管控、钢结构生产智能套料、钢结构智能生产、钢结构智能焊接、钢结构虚拟预拼装等应用,开展全生命周期钢结构管理应用。
4、BIM技术综合应用效果分析
利用BIM技术可确立工程技术规范、质量标准、工艺流程、施工管理,对工程信息进行汇总,分析工程偏差,进一步提高工程质量,建立工程BIM实施体系,提升项目精细化管理水平,利用互联网平台共享模型信息,达到同步更新,以解决各专业、各分包商的协同问题,提高管理效率。
将BIM模型结合便携式移动终端设备与相关配套软件,提高工效,强化现场质量安全管理,有效控制施工成本,实现全过程造价管理。通过项目数据管理软件实现施工阶段各参与方BIM数据共享,使沟通更便捷、协作更紧密、管理更有效。
在施工阶段发挥BIM技术三维可视化、虚拟仿真、信息协同等功能,通过土建算量、三维模型技术交底等,更直观地反映施工过程中遇到的技术问题,借助BIM将复杂工程可视化,利用三维模型模拟施工过程,使各专业协同工作,及时发现问题并调整设计以降低风险。实施施工总承包BIM管理,加强项目策划能力,提高信息沟通效率,增强项目过程管控能力,提升项目精细化管理水平,实现实体工程与数字工程同步验收,为物业运营维护服务提供帮助,实现工程建设收益最大化。
BIM技术可广泛应用于建设项目全周期不同阶段,推动智能建造快速发展,具有显著的社会效益及广阔的市场前景。
三、总 结
BIM技术具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性的特点。本文借助长沙西站及其相关工程,总结BIM技术的基础应用、深化设计应用,通过结合BIM技术、物联网技术、虚拟现实技术、5G技术、三维扫描技术、无人机技术、放样机器人技术等智能化技术,实现工程建造智能化,同时建立BIM技术全生命期钢结构平台,总结BIM技术应用在大型综合交通枢纽工程中的效果,实现项目建设数字化、智能化管理,提升项目进度、节约工期与成本。在未来的土木工程设计、生产、施工、管理运维中,以BIM技术为基础的工程创新应用将发挥更大作用,推进我国土木行业智能化发展。
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